淺談機器視覺系統(tǒng)

蔡文平 李華 李崇偉

機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。

機器視覺系統(tǒng)是一種通過光學成像技術代替人工檢測，減輕人員勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和廢品率的裝置！機器視覺系統(tǒng)可根據(jù)采模數(shù)據(jù)全程監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，降低了人為因素帶來的產(chǎn)品缺陷。提高生產(chǎn)效率降低成本，同時減少了不必要的浪費。

本文介紹了機器視覺系統(tǒng)的原理，分析了其功能和優(yōu)點，根據(jù)機器視覺系統(tǒng)的實際應用，提出了其使用過程中的注意事項。并指出機器視覺系統(tǒng)的未來發(fā)展方向。

一、機器視覺的概論

首先，我們要了解機器視覺的發(fā)展簡史：機器視覺的研究是從20世紀60年代中期美國學者L.R.羅伯茲關于理解多面體組成的積木世界研究開始的。羅伯茲在圖像分析過程中，用邊緣檢測技術來確定輪廓線，用區(qū)域分析技術將圖像劃分為由灰度相近的像素組成的區(qū)域，這些技術統(tǒng)稱為圖像分割。其目的在于用輪廓線和區(qū)域對所分析的圖像進行描述，以便同機內(nèi)存儲的模型進行比較匹配。

70年代，機器視覺形成幾個重要研究分支：①目標制導的圖像處理;②圖像處理和分析的并行算法;③從二維圖像提取三維信息;④序列圖像分析和運動參量求值;⑤視覺知識的表示;⑥視覺系統(tǒng)的知識庫等。

機器視覺是一個較為新穎的系統(tǒng)，早期只用在印鈔等高品質(zhì)檢測，隨著印刷行業(yè)的發(fā)展，印刷檢測系統(tǒng)慢慢實用與煙標、藥包、彩盒等中端印刷企業(yè)！印刷檢測系統(tǒng)通俗一點就是給機器植入大腦和眼睛，通過人為設定自行識別產(chǎn)品的好壞并分類處理！從而改善了勞動環(huán)境和勞動強度，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了成本。

其次是要掌握機器視覺的應用：機器視覺是一個系統(tǒng)的概念，簡單的說就是“機器+視覺”，是運用現(xiàn)代先進的控制技術、計算機技術及傳感技術，表現(xiàn)為光機電的結合。 機器視覺的應用是十分廣泛的，主要具有測量、檢測、定位、識別等功能。

1、測量：主要應用與接插件測量 、緊固件測量、 IC元器件測量 、機械零件測量 、三維測量等;

2、檢測：主要應用于電子半導體 、煙草異物剔除 、印刷表面檢測 、分選 、玻璃鋼板紙張等;

3、定位：對兩物體相對位置精確辨別的能力，主要應用與引導機器人焊接涂膠等;

4、識別：是依據(jù)建模標準對產(chǎn)品進行分類和定性。應用于條碼識別、人臉識別、

指紋識別、虹膜識別等。

二、機器視覺系統(tǒng)工作原理

首先掌握機器視覺的工作原理，其次是掌握各部分的組成及作用。

機器視覺檢測系統(tǒng)采用照相機將被檢測的目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度、個數(shù)、合格/不合格、有/無等，實現(xiàn)自動識別功能。

印刷檢測成像系統(tǒng)包括：光源、鏡頭、相機、圖像采集卡。①光源：發(fā)光體即可稱為光源，包括可見光與紫外線、紅外線和X光線等。相機上使用的光源主要是線光源和DOME光源，目的是使相機達到最佳的曝光度。②鏡頭：相機用以生成影像的光學部件，由多片透鏡組成。③相機：相機按應用范圍來分，可分為民用相機和工業(yè)相機;民用相機的靈敏度高，穩(wěn)定性低;工業(yè)相機穩(wěn)定性高，靈敏度低。相機按采圖方式可分別面陣相機和線陣相機;線陣相機成像方式簡單，適用于運動物體的圖像采集;面陣相機體積龐大，價格昂貴。④圖像采集卡：圖像采集卡只是完整的機器視覺系統(tǒng)的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。

三、機器視覺的應用

目前機器視覺在印刷企業(yè)及相關行業(yè)的應用主要體現(xiàn)在印刷檢測。主要檢測的是印刷品的缺陷。如劃傷、漏印、套印、臟點等。這是目標信息都存在于刷品的表面，檢測目標信息都屬于表面信息。不僅印刷檢測如此，工業(yè)上工件的尺寸，定位等其他檢測都是如此。

檢測范圍為表面平坦區(qū)域，檢測特定方向（水平方向和豎直方向）的拉絲。其檢測是針對缺陷檢測中檢測不出來的離散點，離散點本身面積和能量都很小，但分布有規(guī)律，某個方向上（目前只檢測水平和豎直方向）統(tǒng)計面積和能量足夠大，足以構成缺陷。其檢測流程與缺陷檢測類似，只是在得到差異圖像后分別向X和Y方向做投影，然后與自定義閾值比較，判斷是否是缺陷。

隨著社會生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，人們對生活水平的要求也會越來越高。以人們每天都需要食用的農(nóng)產(chǎn)品為例，人們農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)要求也會越來越高，所以農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分級是大勢所趨。這就帶來了前面提到的農(nóng)產(chǎn)品檢測以便對其進行品質(zhì)分級。同時農(nóng)產(chǎn)品的檢測分級也是促進農(nóng)產(chǎn)品商品化和標準化的重要技術手段。隨著社會的不斷進步，人類對檢測的要求越來越高，檢測對象的種類也會越來越豐富，所以高光譜技術在機器視覺的應用只是很小的一部分，以后我們還需要根據(jù)市場上不斷出現(xiàn)的新的檢測需求開發(fā)出更多的光學系統(tǒng)已滿足市場需要。